壹　應(yīng)用篇

智能工廠

01　玻璃纖維智能制造示范工廠——巨石集團(tuán)有限公司

企業(yè)簡(jiǎn)介

巨石集團(tuán)有限公司位于浙江省桐鄉(xiāng)市，是中國(guó)建材股份有限公司玻璃纖維業(yè)務(wù)的核心企業(yè)，以玻璃纖維及制品的生產(chǎn)與銷售為主營(yíng)業(yè)務(wù)。該公司在浙江桐鄉(xiāng)、江西九江、四川成都、埃及蘇伊士、美國(guó)南卡羅來納州設(shè)有五個(gè)生產(chǎn)基地，在美國(guó)、加拿大、南非、法國(guó)、意大利、西班牙、日本、韓國(guó)、印度等地設(shè)立了14家海外銷售公司，已建成玻璃纖維大型池窯拉絲生產(chǎn)線20多條，玻纖紗年產(chǎn)量達(dá)200萬噸。公司玻纖產(chǎn)品品種較多、品類齊全，有100多個(gè)大類近1000個(gè)規(guī)格的品種，主要包括無堿玻璃纖維無捻粗紗、短切原絲、短切氈、方格布、電子布等玻纖產(chǎn)品。該公司擁有具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型無堿池窯、環(huán)保池窯的設(shè)計(jì)和建造技術(shù)。

案例實(shí)施情況

總體設(shè)計(jì)

巨石集團(tuán)有限公司玻璃纖維智能制造生產(chǎn)線，總體設(shè)計(jì)以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。以“年產(chǎn)30萬噸玻璃纖維智能制造生產(chǎn)線擴(kuò)建項(xiàng)目”為實(shí)體，項(xiàng)目實(shí)行一次規(guī)劃、分期建設(shè)。該公司根據(jù)“橫向到邊、縱向到底”的架構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一致性管理；打通各層級(jí)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)；設(shè)備自動(dòng)化數(shù)采；研發(fā)、建立工藝模型；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模擬仿真，優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。項(xiàng)目信息端橫跨SAP、ERP、MES、SRM等系統(tǒng)，與海關(guān)、銀行、保險(xiǎn)、稅務(wù)、物流等外部平臺(tái)無縫銜接，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)、制造、控制一體化管理。

實(shí)施內(nèi)容與路徑

1.系統(tǒng)模型建立與運(yùn)行

該公司開展了包括工藝模擬、產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)備運(yùn)行建模、生產(chǎn)裝備建模等多個(gè)方面的仿真模擬。

工藝模擬方面：從設(shè)計(jì)上采用了自行研發(fā)的工藝數(shù)字化中心系統(tǒng)，將各個(gè)工序的工藝進(jìn)行模塊式的建模維護(hù)。

研發(fā)結(jié)合工藝數(shù)據(jù)和小試產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證，開展多層次試驗(yàn)，觀測(cè)此工藝對(duì)其他玻纖性能指標(biāo)的影響。

設(shè)備運(yùn)行方面：在正式生產(chǎn)環(huán)境中，依據(jù)正式量產(chǎn)的工藝參數(shù)，對(duì)比實(shí)時(shí)在線采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，模擬校準(zhǔn)與預(yù)警，修正個(gè)別精度與量產(chǎn)誤差。

生產(chǎn)裝備配有大量數(shù)字傳感設(shè)備，收集位置、溫度、風(fēng)速、流體等數(shù)據(jù)，結(jié)合仿真軟件，進(jìn)行在線監(jiān)控和可視化展示。

其他工序的主要設(shè)備，同樣以傳感器采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建模擬依據(jù)。以大型短切機(jī)為例，模擬的內(nèi)容主要包括刀片與皮輥接觸量、短切長(zhǎng)度、噴霧壓力等關(guān)鍵指標(biāo)，以可視化界面進(jìn)行展示。

2.數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)建立與運(yùn)行

數(shù)采建設(shè)以MES為核心，整合生產(chǎn)、執(zhí)行、質(zhì)量、工藝數(shù)據(jù)，向上與ERP等系統(tǒng)集成，向下與SCADA系統(tǒng)集成。SCADA主職生產(chǎn)執(zhí)行層，通過對(duì)玻纖生產(chǎn)工序的設(shè)備與通信改造，在車間集控室進(jìn)行反向控制。MES主職業(yè)務(wù)控制層，支持包括生產(chǎn)計(jì)劃、執(zhí)行進(jìn)度、工藝標(biāo)準(zhǔn)、制造監(jiān)控等功能。

3.先進(jìn)控制系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行

（1）工業(yè)大數(shù)據(jù)集中控制中心

工業(yè)大數(shù)據(jù)集中控制中心，通過對(duì)每個(gè)工序和作業(yè)點(diǎn)的可視化監(jiān)控及生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和分析，實(shí)現(xiàn)了集生產(chǎn)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控、產(chǎn)量報(bào)表自動(dòng)生成、質(zhì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)視、訂單實(shí)時(shí)跟蹤等功能為一體的統(tǒng)一管控平臺(tái)。

（2）工段分布式控制管理

與上述工業(yè)大數(shù)據(jù)集中控制中心進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)分工段詳細(xì)控制，通過大屏對(duì)標(biāo)看板，分析生產(chǎn)過程中的不足，營(yíng)造工廠內(nèi)部良性競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，提高生產(chǎn)、制造、創(chuàng)新的積極性。

物料方面，通過對(duì)原料的數(shù)控管理，建立自動(dòng)化投料模型，提高原料投入的合理性和科學(xué)性。

4.生產(chǎn)研發(fā)數(shù)字化協(xié)同建設(shè)與運(yùn)行

（1）產(chǎn)品研發(fā)

玻璃纖維產(chǎn)品，以玻璃纖維的各項(xiàng)性能指標(biāo)為主要產(chǎn)品價(jià)值。該公司依托玻璃纖維國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室，以虛擬工藝數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，將各項(xiàng)影響產(chǎn)品性能的指標(biāo)進(jìn)行分類定標(biāo)，下達(dá)試樣工藝，結(jié)合檢驗(yàn)記錄投入模擬。

（2）計(jì)劃調(diào)度

通過ERP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃與銷售計(jì)劃的協(xié)同、物料需求計(jì)劃（MRP）、工藝控制、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)領(lǐng)料、生產(chǎn)消耗報(bào)工、產(chǎn)品入庫(kù)及生產(chǎn)進(jìn)度信息跟蹤等工作的系統(tǒng)管控。

（3）生產(chǎn)制造

通過對(duì)ERP與工藝、MES、SCADA等制造執(zhí)行系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)將工藝指導(dǎo)文件、生產(chǎn)配方的集中管理、統(tǒng)一下發(fā)，同時(shí)通過自動(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的反向控制，工藝參數(shù)及生產(chǎn)指令可自動(dòng)下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備。

通過SCADA系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，建立數(shù)據(jù)分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)、生產(chǎn)資源、制造過程等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行優(yōu)化分析。

案例特點(diǎn)

該公司開創(chuàng)了玻璃纖維的“采購(gòu)—訂單—排產(chǎn)—工藝—生產(chǎn)—出入庫(kù)”全流程數(shù)字化生產(chǎn)模式；充分發(fā)揮信息系統(tǒng)橫向集成、縱向貫通的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)銷售訂單全過程跟蹤、生產(chǎn)進(jìn)度全程跟蹤、生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化排程、生產(chǎn)工藝自動(dòng)匹配、產(chǎn)品質(zhì)量管理追溯、物流狀態(tài)實(shí)時(shí)可見的目標(biāo)；完成人、財(cái)、物等核心業(yè)務(wù)的集約化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，落實(shí)集團(tuán)一體化管控模式，全面提升管理水平；以“經(jīng)營(yíng)模式專業(yè)化、核心業(yè)務(wù)集中化、業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)化、資源能力共享化”為目標(biāo)，為國(guó)際化發(fā)展戰(zhàn)略提供有效的系統(tǒng)支撐。該公司圍繞網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化等方面開展的玻璃纖維行業(yè)新型智能生產(chǎn)模式探索，為我國(guó)乃至全球玻璃纖維行業(yè)的發(fā)展樹立了標(biāo)桿和典范。

實(shí)施效果

經(jīng)濟(jì)效益

（1）提高管理水平和工作效率，用工人數(shù)大幅減少，每年節(jié)省人工成本1000萬元以上。

（2）實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、銷、研的科學(xué)整合，集團(tuán)的產(chǎn)品創(chuàng)新能力得以提升，產(chǎn)品生產(chǎn)成本降低12.03％，產(chǎn)品研發(fā)周期縮短9.8％，生產(chǎn)效率提高23.55％，不良產(chǎn)品率降低54.92％，噸紗能耗下降20.69％，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的持續(xù)完善。

（3）智能化工廠的建設(shè)，改變了集團(tuán)傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，生產(chǎn)力明顯提高，生產(chǎn)成本隨之降低。

（4）總部統(tǒng)一控制ERP系統(tǒng)，統(tǒng)一操作權(quán)限、統(tǒng)一管理流程、統(tǒng)一管理綜合業(yè)務(wù)和信息門戶，使企業(yè)的管控模式進(jìn)一步轉(zhuǎn)變，管控能力進(jìn)一步增強(qiáng)。

（5）隨著信息化系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)工控系統(tǒng)的整合對(duì)接，集團(tuán)各業(yè)務(wù)單位工作數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率在原有基礎(chǔ)上有效提高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率在99.9％以上，工作質(zhì)量有效提高。

（6）產(chǎn)、銷、研的智能整合，質(zhì)量系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了新材料的替代，排放物質(zhì)量的有效控制，大大減少了生產(chǎn)過程中污染物的排放，產(chǎn)品優(yōu)等品率持續(xù)提高。

社會(huì)效益

（1）該公司水、電、氣等能源得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，使用量得以有效控制，為國(guó)家節(jié)能減排做出了貢獻(xiàn)。

（2）通過信息化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)管理，提高了一線工作的舒適性和安全性，員工幸福感進(jìn)一步提升。

（3）該公司與利益相關(guān)方、國(guó)家財(cái)政部門建立了良好的業(yè)務(wù)關(guān)系和業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)鏈的良性循環(huán)。

（4）以兩化融合為手段的全新生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理模式，為同類企業(yè)，特別是跨國(guó)集團(tuán)管控型企業(yè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

（5）全面落實(shí)“四個(gè)全面”的發(fā)展要求，加快了企業(yè)兩化融合的發(fā)展，提高了員工素質(zhì)，加快了企業(yè)精神文明建設(shè)的步伐。

指標(biāo)提升

（1）生產(chǎn)成本降低12.03％。2017年公司其他生產(chǎn)線噸紗生產(chǎn)成本為3050.72元/噸，2019年項(xiàng)目生產(chǎn)線噸紗生產(chǎn)成本為2683.62元/噸，生產(chǎn)成本與公司平均水平相比降低了12.03％。

（2）產(chǎn)品研制周期縮短9.8％。研發(fā)周期的大幅度縮短得益于生產(chǎn)工藝仿真及優(yōu)化的實(shí)施，在研發(fā)中借助生產(chǎn)工藝仿真與優(yōu)化的新技術(shù)、新方法，在減少研發(fā)費(fèi)用的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了研發(fā)周期的大幅縮短。

（3）生產(chǎn)效率提高23.55％。該公司2019年的生產(chǎn)效率與2017年相比提升了23.55％，生產(chǎn)效率的提升得益于智能制造新技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，在提高產(chǎn)能和工業(yè)總產(chǎn)值的同時(shí)減少了用工人數(shù)。

（4）產(chǎn)品不良率減低54.92％。通過實(shí)施以網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化等新技術(shù)為基礎(chǔ)的智能制造新模式，以數(shù)據(jù)為支撐，以數(shù)字化改造為手段，在提高效率的同時(shí)提高了產(chǎn)品合格率，2019年不良品率與2017年相比降低了54.92％。

（5）能源利用率提高20.69％。該公司2019年項(xiàng)目生產(chǎn)線單位產(chǎn)量消耗能源與2017年其他生產(chǎn)線相比降低了20.69％。能源利用效率的提高，得益于對(duì)生產(chǎn)流程中各種能源消耗等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并經(jīng)過集團(tuán)大數(shù)據(jù)中心的分析，優(yōu)化生產(chǎn)工藝與流程，在降低能耗的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，提升經(jīng)濟(jì)效益。